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solidThinking在自行车车架设计中的应用

2015/3/16    来源:Altair    作者:高超      
关键字:solidThinking Inspire Evolve  拓扑优化  概念设计  
本文应用solidThinking Inspire软件,在概念设计阶段找到新型双人自行车的最佳拓扑路径,同时对设计结果进行快速渲染,得到一个令人耳目一新的设计。

1 概述

    在大型工业零件的设计中,优化技术已经逐渐被结构工程师所接受,然而在家用生活产品中却鲜有应用。这是这些产品造价低成本小,对结构可靠性要求不高。设计师身兼造型、结构甚至工艺等多个职责,概念设计时就凭借经验将结构基本定型,有很大的局限性。

    在全球化竞争日趋激烈的今天,智能电子产品对结构的要求越来越高,因此对结构设计也提出了更高的要求。例如高端智能手机都已经进行跌落试验以保证在恶劣工况下内部芯片不会受到致命的损伤。而优化技术经过几十年的发展,门槛变得越来越低,Altair作为优化设计的领导者,推出了solidThinking Inspire软件,该软件几乎可以使毫无优化基础的造型设计师方便的使用拓扑优化技术[1],从而在概念设计阶段找到最优拓扑结构,综合实用性及美学特点得到一个成功的工业设计产品。

2 设计思路

    众所周知,自行车经过近百年的发展已经趋于完美,然而结合优化技术后得到的最优结构又是什么样子呢?本文站在一个造型设计师的角度上,从无到有,利用拓扑优化技术寻找双人自行车最佳的结构拓扑路径,并结合实用性和工艺性特点,设计出一个美观大方新型自行车。

    目前,传统的自行车只是个人代步工具,只能乘坐一人,如果后座载人又会增加骑车人的负担,有一定的安全隐患。于是双人自行车应运而生,然而目前双人自行车虽然原则上可以单人骑行,但是对于单人由于车长增加,太过笨重,限制了其大范围推广。于是,开发一种新型自行车就成为大势所趋。

    自行车因其私密性往往不会出现与陌生人共用一辆的情况,如果在保持单人自行车原长度不变的情况下,将驾驶人座椅和乘客座椅连成一体,同时后轴增加乘客踏板,那么既能减轻驾驶人的负担又增加了骑行的乐趣。根据这个思路,利用Inspire提供的拓扑优化技术在有限的车长空间内找到最符合力学结构的管梁,在不增加传统自行车的重量的基础上,使其高效发挥代步作用。

3 应用Inspire的优化设计

3.1几何模型

    参照目前自行车的尺寸,确定该新型自行车的车轮、车把、车座以及脚踏板的位置,在CAD软件中建立这些部分的几何模型。这些部分是自行车的必备零件,可供优化的空间不大,故将其作为非设计空间参与计算,如图3-1所示。

 图3-1 非设计空间几何模型

图3-1 非设计空间几何模型

    由于双链条动力部分结构复杂,且与造型设计无关,故本文不再赘述,也不显示在几何模型中。根据传统自行车车架可能分布的位置,两轮中间建立设计空间作为拓扑优化求解的空间位置,如图3-2所示。

 图3-2 设计空间几何模型

图3-2 设计空间几何模型

    将上面两个几何模型都导入Inspire中,定义设计空间与非设计空间,如图3-3所示,紫红色部分为定义好的设计空间。由于自行车车架本身是左右对称的,为了得到更好的优化结果,给设计空间施加左右对称约束。

 图3-3 Inspire中划分好的几何模型

图3-3 Inspire中划分好的几何模型

责任编辑:吴星星
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